阅读说明：本技术 焊接区抗气孔性和疲劳特性优异的镀覆钢板的焊接构件及其制造方法 (Welded member of plated steel sheet having excellent weld porosity resistance and fatigue characteristics, and method for producing same ) 是由 裵规烈 李泰永 于 2018-06-18 设计创作，主要内容包括：公开了具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件及其制造方法。根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件包括：通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠第一构件经电弧焊接形成的焊缝金属部,其中所述焊缝金属部的趾角(θ)为45°或更小,以及所述第一构件和所述第二构件为镀覆钢板。(Disclosed are a welded member of plated steel sheets having excellent weld-area porosity resistance and fatigue characteristics, and a method for producing the same. A welded member of plated steel sheets having excellent weld zone porosity resistance and fatigue characteristics according to an embodiment of the present invention includes: a weld metal portion formed by arc welding by overlapping a first member and a second member such that the second member partially overlaps the first member, wherein a toe angle (θ) of the weld metal portion is 45 ° or less, and the first member and the second member are plated steel sheets.)

焊接区抗气孔性和疲劳特性优异的镀覆钢板的焊接构件及其 制造方法

技术领域

本发明涉及镀覆钢板的焊接构件及其制造方法，以及更具体地涉及焊接区(weldzone)抗气孔性和疲劳特性优异的镀覆钢板的焊接构件及其制造方法。

背景技术

在汽车领域中，关于车身和部件的减重技术的研究已成为用于对抗诸如全球变暖的问题的环境保护的燃料效率控制策略中的主要问题。作为对汽车的行驶性能重要的底盘组件也遵循这样的趋势，需要应用高强度钢材料来减轻重量。为了实现部件的减重，必须增加材料的强度，并且可以说确保由高强度钢制成的部件在施加重复的疲劳载荷的环境中的耐久性能是重要因素。

在主要用于确保汽车底盘部件的组合件的强度的电弧焊接的情况下，通过焊丝的焊接在部件之间进行搭接焊接，因此焊接接头(welded joint)的几何形状的形成是不可避免的。其充当重复的疲劳应力集中部分(缺口效应)并且成为断裂的起点，因此，部件的耐久性能降低，因此丧失了应用高强度钢材料的优点。

如上所述，为了改善焊缝的疲劳特性，重要的是减小焊接接头的端部(是主要的应力集中部分)的角度，即趾角(toe angle，焊边角)。同时，控制趾部的材料和应力是重要的。

此外，如上所述，由于对于用以防止由于部件的高强度和轻重量引起的材料变薄所造成的穿透腐蚀(penetration corrosion)的防锈特性的需求增加，因此日益倾向于增加如现有技术1中的镀覆钢材料的采用。采用镀覆钢材料对电弧焊接时孔缺陷(例如，凹坑或气孔)的出现是敏感的，并且存在降低焊缝的强度和疲劳特性的问题。

另一方面，虽然已经提出了具有比现有的热浸镀锌钢板高得多的耐腐蚀性的镀Zn-Mg-Al高耐腐蚀性合金钢的应用，但三元合金镀层的熔点和蒸发点低于常规锌镀层的熔点和蒸发点，镀层蒸气的产生更敏感，因此需要开发抑制焊缝中的孔缺陷出现的技术。

尽管现有技术1提出将搭接部分的间隙设定在0.2mm至1.5mm的范围内以抑制镀锌钢板电弧焊接部的孔缺陷的产生，但是存在当应用实际部件时无法保证没有间隙的接头结构的焊接特性的限制。

此外，在现有技术2中，为了抑制镀锌钢板电弧焊缝中孔缺陷的产生，提出采用与Ar混合的CO₂和O₂三重混合气体和低粘度实心焊丝，其限制Si和Mn的含量。此外，提出在焊接搭接部的尖端处电弧位置为1mm。然而，保护气体和焊接材料的限制是不可避免的，并且当应用实际部件时，电弧位置必须保持恒定。

(专利文献0001)日本专利特许公开第2016-101593号

(专利文献0002)日本专利特许公开第2015-167981号

发明内容

技术问题

本发明的一个实施方案寻求提供具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件。

此外，本发明的实施方案寻求提供制造具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的方法。

技术方案

根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件包括：通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠(overlap)第一构件经电弧焊接形成的焊缝金属部，其中焊缝金属部的趾角(θ)为45°或更小，以及第一构件和第二构件为镀覆钢板。

此外，根据本发明的一个实施方案，镀覆钢板可以为镀Zn-Mg-Al合金热轧钢板或镀锌热轧钢板。

此外，根据本发明的一个实施方案，热轧钢板的拉伸强度可以为590MPa或更高以及厚度可以为6mm或更小。

此外，根据本发明的一个实施方案，热轧钢板可以为590FB钢。

此外，根据本发明的一个实施方案，焊缝金属部的孔面积比可以小于0.5％。

此外，根据本发明的一个实施方案，焊缝金属部的疲劳强度可以为250MPa或更大，以及在10kN的循环疲劳载荷(最小/最大载荷比，R＝0.1)下的疲劳寿命可以为2,000,000或更多个循环。

根据本发明的一个实施方案的制造具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的方法包括：通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠第一构件并进行电弧焊接来形成焊缝金属部，其中第一构件和第二构件为镀覆钢板；向实心焊丝施加焊接电流以产生电弧，其中焊接电流是以第一峰和电流值小于第一峰的第二峰作为一个脉冲周期重复的脉冲电流，以及由下式(1)限定的焊接熔融金属搅动波频率为20Hz至30Hz。

1/(T_H+T_L)---式(1)

在此，T_H为第一峰的周期，以及T_L为第二峰的周期。

此外，根据本发明的一个实施方案，可以将实心焊丝进给至作为包含10％至30％的CO₂气体的Ar气的保护气体中。

此外，根据本发明的一个实施方案，焊接电流可以在200A至300A的范围内。

此外，根据本发明的一个实施方案，在电弧焊接时，实心焊丝的直径可以为1.0mm至1.2mm，焊炬角度(torch angle)可以为30°至45°，推送角度(push angle)可以为0°至25°，以及焊接速度可以为0.6m/分钟至1.0m/分钟。

此外，根据本发明的一个实施方案，第一构件和第二构件可以为镀Zn-Mg-Al合金热轧钢板或镀锌热轧钢板。

此外，根据本发明的一个实施方案，热轧钢板的拉伸强度可以为590MPa或更高以及厚度可以为6mm或更小。

有益效果

在根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的生产中，通过优化焊接电流的波频率可以有效地降低焊缝金属部中的孔缺陷。通过控制焊缝金属部的趾角可以降低焊趾上的疲劳应力集中。因此，可以使用高耐腐蚀性镀覆钢板来确保部件(例如汽车的底盘构件)的高强度以及归因于部件变薄的防锈特性。因此，可以获得具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的截面的照片。

图2是根据本发明的一个实施方案的焊缝的外观的照片。

图3是根据本发明的一个实施方案的焊缝的外观的X射线照片。

图4是示出根据本发明的一个实例的镀覆钢板的焊接构件的拉伸断裂测试结果的照片。

图5是用于说明根据本发明的一个实施方案的镀覆钢板的焊接构件的焊缝金属部的示意图。

图6是用于说明根据本发明的一个实施方案的镀覆钢板的焊接构件在电弧焊接时的熔融金属搅动波频率(molten metal agitation wave frequency)的图。

最佳实施方式

具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件包括：通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠第一构件经电弧焊接形成的焊缝金属部，其中焊缝金属部的趾角(θ)为45°或更小，以及第一构件和第二构件为镀覆钢板。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方案。提出以下实施例是为了向本发明所属领域的技术人员充分传达本发明的精神。本发明不限于本文提出的实施方案，而是可以以其他形式实施。为使本发明清楚起见，附图省略了与描述无关的部件的说明，并且组件的尺寸可以以稍微夸大的方式表达以便于理解。

图1是根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的截面的照片。图2是根据本发明的一个实施方案的焊缝的外观的照片。图3是根据本发明的一个实施方案的焊缝的外观的X射线照片。图4是示出根据本发明的一个实例的镀覆钢板的焊接构件的拉伸断裂测试结果的照片。图5是用于说明根据本发明的一个实施方案的镀覆钢板的焊接构件的焊缝金属部的示意图。

参照图1至5，根据本发明的一个实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件包括：通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠第一构件经电弧焊接形成的焊缝金属部。

此时，焊缝金属部的趾角(θ)为45°或更小。

提高焊接构件的疲劳特性的方法可以大致分为利用残余应力的方法和控制焊缝(bead)的形状的方法。

在本发明的情况下，本发明的一个目的是通过控制焊缝形状来改善焊接构件的疲劳特性。为此，将焊缝金属部的趾角设定为45°或更小(不包括0°)，优选35°或更小(不包括0°)，并且更优选30°或更小(不包括0°)。

在此，趾角是指焊缝弯曲部分的最接近于第一构件与第二构件之间的边界线的切线与焊缝金属部的焊趾所形成的角度，其中焊趾作为参照点。此时，在垂直于焊缝线的截面中第一构件与第二构件之间的边界线与焊缝金属部的接触点被定义为焊趾(weld toe)。

通过形成45°或更小的趾角，可以减轻集中在焊缝金属部上的应力，并且与此同时，可以改善焊接构件的疲劳特性。

通过如上所述控制焊缝金属部的趾角，可以改善焊缝部的疲劳特性。然而，为了使效果最大化，优选适当地控制焊缝金属部的穿透深度。根据本发明的一个实施方案，焊缝金属部的穿透深度可以控制在第二构件的厚度的20％或更大。更优选地，焊缝金属部的穿透深度可以控制在第二构件的厚度的45％或更大。如果焊缝金属部的穿透深度不足，则疲劳载荷可能引起由于重复的疲劳载荷造成的焊缝金属部的从焊缝路径(bead route)开始的破裂。

此外，第一构件和第二构件是镀覆钢板。

因此，通过使用镀覆钢板代替一般热轧钢板，可以确保防锈特性，以防止由于部件的高强度和轻重量引起的材料变薄所造成的穿透腐蚀。

例如，镀覆钢板可以是镀基于Zn-Mg-Al的合金的热轧钢板或镀锌热轧钢板。更优选地，镀覆钢板可以是比镀锌热轧钢板更耐腐蚀的镀覆有Zn-Mg-Al合金的热轧钢板。

例如，热轧钢板的拉伸强度可以为590MPa或更高以及厚度可以为6mm或更小，并且热轧钢板可以是微观组织包含铁素体和贝氏体的590FB钢。

例如，在焊缝金属部中形成的孔面积比可以小于0.5％。

在根据常规电弧焊接方法焊接镀覆钢板的焊接构件的情况下，当镀覆层与焊弧接触时由于产生镀层蒸气而形成大量的孔缺陷，例如凹坑或气孔，并且存在焊接部的强度和疲劳特性降低的问题。此外，在与现有的镀锌钢板相比耐腐蚀性优异的镀Zn-Mg-Al型高耐腐蚀性合金的钢板的情况下，三元合金镀层的熔点和蒸发点低得多。因此，存在的问题是产生的镀层蒸气的量更大并且孔缺陷的出现率更高。

然而，依据根据本发明的一个实施方案的包括电弧焊接的制造方法，不仅使用现有的镀锌钢板而且还使用镀Zn-Mg-Al高耐腐蚀性合金的钢板来使这些问题最小化。在任何情况下，焊缝金属部的孔面积比可以限制为小于0.5％，优选为0％。

例如，焊缝金属部的疲劳强度为250MPa或更高，并且在10kN的循环疲劳载荷(最小/最大载荷比，R＝0.1)下可以确保2,000,000或更多个循环的疲劳寿命。可以看出，部件疲劳特性是优异的。此时，疲劳强度(或疲劳极限)定义为通过将疲劳寿命变为2,000,000或更多个循环时的最大疲劳载荷值除以该构件的截面积而获得的值。

根据制造具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件的方法，该方法包括通过将第一构件和第二构件交叠成第二构件部分交叠第一构件并进行电弧焊接来形成焊缝金属部的步骤。

首先，在准备第一构件和第二构件之后，通过将第二构件层叠在第一构件上以使其至少一部分交叠来形成焊接线(welding line)。在此，焊接线意指第二构件的在第一构件与第二构件交叠的区域中的端部。

焊接接头部的交叠宽度可以为约5mm至50mm，但不限于此。

此时，在提供保护气体的同时沿着所形成的焊接线进行电弧焊接，并且在电弧焊接时，向实心焊丝供给焊接电流以产生用于焊接的电弧。

例如，可以将实心焊丝进给至作为包含10％至30％的CO₂气体的Ar气的保护气体中。更优选地，保护气体可以为包含10％至20％的CO₂气体的Ar气。

即，保护气体是Ar气并且包含10％至30％的CO₂气体。如果CO₂气体的含量小于10％，则由于电弧收缩引起的电弧热收缩力(arc heat pinch force)的影响降低，并且排出镀层蒸气的效果降低。如果CO₂气体的含量大于30％，则由于电弧膨胀引起的电弧热收缩力的影响过大，并且排出镀层蒸气的效果降低。

当待焊接的第一构件和第二构件是镀覆钢板时，例如，在镀锌钢板的情况下，在电弧焊接期间电弧热导致具有低沸点的镀锌层作为锌气体浮在熔融部分的上部。大部分锌被释放，但其一部分保留在熔融部分中，并且当基材表面附近的锌气体凝固时，形成作为小凹坑的凹坑。大部分锌气体被释放，但一部分锌气体残留在熔融部分中，并且在凝固时形成球形气泡孔，以及当锌气体在基材表面附近凝结时形成凹坑。例如，通过使用包含CO₂气体的Ar气作为保护气体，可以在气体保护的电弧焊接中通过增加在实心焊丝与基材之间产生的电弧力来彻底焊接实心焊丝下方的焊缝。因此，可以促进在熔融金属部的下部中产生的锌气体的排出，并且在气体保护的电弧焊接期间可以进一步增加焊缝金属部分的穿透深度。最终，可以抑制凹陷性缺陷的发生并改善焊接部分的疲劳特性。

作为焊接材料，可以使用实心焊丝。例如，可以应用ER70S-3(KC-25M)1.2实心焊丝，但不特别限于此。

例如，焊接电流是以第一峰和电流值小于第一峰的第二峰作为一个脉冲周期重复的脉冲电流。

以20Hz至30Hz的由下式(1)限定的焊接熔融金属搅动波频率重复地供给脉冲电流以进行焊接。

1/(T_H+T_L)---式(1)

在此，T_H为第一峰的周期，以及T_L为第二峰的周期。

图6是用于说明根据本发明的一个实施方案的镀覆钢板的焊接构件在电弧焊接时的熔融金属搅动波频率的图。

焊接熔融金属搅动波频率限定为1/(T_H+T_L)，如图6所示。因此，在20Hz至30Hz的范围内重复地供给脉冲电流。如果该频率范围过低或过高，则排出镀层蒸气的效果可能降低，这可能使得难以减少孔缺陷。

例如，焊接电流可以在200A至300A的范围内。

更优选地，焊接电流的下限可以为225A或更高，并且上限可以为270A或更低。如果电流太低，则由于电弧功率的降低，因此排出镀层蒸气的效果下降。另一方面，如果电流太高，则焊缝金属部变得不稳定，并且孔缺陷的发生率增加。

例如，在电弧焊接中，实心焊丝的直径可以为1.0mm至1.2mm，焊炬角度可以为30°至45°，推送角度可以为0°至25°，以及焊接速度可以为0.6m/分钟至1.0m/分钟。

本发明的实施方案中，尽管焊接接头的间隙为0mm，但其不限于此。

此外，第一构件和第二构件可以是镀Zn-Mg-Al合金热轧钢板或镀锌热轧钢板。并且，热轧钢板的拉伸强度可以为590MPa或更高以及厚度可以为6mm或更小。第一构件和第二构件的详细描述与上述相同，因此将不再描述。

在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。

发明例1至4和比较例1至6

将两块镀覆有Zn-Mg-Al且镀覆量为90g/m²的2.2mm厚的590FB板放置在钢板的两侧，使得它们彼此交叠20mm。然后，根据下表1中所示的条件通过电弧焊接来焊接连接部件。

[表1]

凹坑的存在和孔面积比通过观察焊接构件的焊缝金属部来测量，并且如下表2所示。

[表2]

	凹坑出现	孔面积比(％)
			发明例1	X	0.0
发明例2	X	0.0
			发明例3	X	0.0
发明例4	X	0.0
			比较例1	O	2.5
比较例2	O	7.4
			比较例3	O	1.6
比较例4	O	4.1
			比较例5	O	0.6
比较例6	O	2.4

图5是用于说明根据本发明的一个实施方案的镀覆钢板的焊接构件的焊缝金属部的示意图。

在图5中，分别地，焊缝金属部的宽度(即焊脚(leg)长度)为L，第二构件的厚度为h1，从由第二构件的上表面边缘至第一构件上的趾部的直线到第一构件和第二构件与焊缝金属部的接触点的距离由d表示，到焊缝金属部的最高表面的距离为r，并且穿透深度为p，趾角表示为θ。表3示出根据本发明的一个实施方案的焊缝金属部的尺寸的观察结果。

[表3]

参照上述内容，根据本发明的一个实施方案的焊接构件的焊缝金属部的趾角可以保持在45°或更小，并且在焊缝金属部中不产生凹坑和孔，因此，可以改善镀覆钢板的焊接构件的抗气孔性。焊缝金属部的强度可以确保在250MPa或更高，并且可以增大高强度镀覆热轧薄板钢的用于使诸如汽车底盘构件的部件等更薄且更轻的应用范围。

工业实用性

根据本发明的实施方案的具有优异的焊接区抗气孔性和疲劳特性的镀覆钢板的焊接构件及其制造方法可以应用于诸如汽车底盘构件的部件。